таблица 5
| Размер частиц, мм | Выход, % | |||
| на БКРУ-2 | на СКРУ-2 | |||
| +10 | 18,6 | 10,6 | ||
| +15 | 8,7 | 11,3 | ||
| +3 | 6,9 | 9,8 | ||
| +2 | 10,9 | 13 | ||
| +1 | 8,8 | 19,6 | ||
| +0,7 | 13,8 | 5,2 | ||
| +0,5 | 10,6 | 11,8 | ||
| +0,28 | 8,7 | 9 | ||
| +0,074 | 8,7 | 9,6 | ||
| -0,074 | 5,3 | 4,1 | ||
5.Элементарный акт флотации
Поверхность раздела двух фаз обладает свободной поверхностной энергией. Величина этой энергии зависит от площади межфазновой поверхности и величины удельной поверхностной энергии, которая является специфической константой, определяемой свойствами соприкасающихся фаз. Поверхностная энергия возникает в том случае, когда силы, действующие на молекулы поверхностного слоя со стороны молекул первой фазы, не равны силам, действующим со стороны молекул второй фазы
Равнодействующие сил на поверхностную молекулу со стороны воды равны R1, со стороны молекул воздуха - R2, cуммарная равнодействующая RC = R1×R2 (RC > 0). Для молекулы, показанной на рис. в объеме жидкости RC = 0.
В этом случае для "подъема" молекулы из внутренней части фазы на поверхность надо совершить работу против молекулярных сил. Количественным эквивалентом работы, затраченной на "подъем" всех молекул, находящихся в поверхностном слое на площади 1 см2, будет удельная поверхностная энергия σ? Эрг/cм2. Свободная энергия молекулы, "поднятой" в поверхностный слой, аналогичная потенциальной энергии тела, поднятого на известную высоту: если при подъеме тела затрачивается работа против сил земного притяжения, то при "подъеме" в поверхностныйслой - работа против равнодействующей силы молекулярного притяжения.
Так как молекулярные силы имеют небольшой радиус действия, то поверхностной энергией обладают молекулы, находящиеся в очень тонком поверхностном слое, толщина которого лишь немного превышает размеры одной-двух молекул. На перемещение молекулы в объеме ниже этого слоя уже не требуется затраты работы против сил молекулярного притяжения, так как равнодействующая всех сил равна нулю.
Величина удельной поверхности зависит от величины различия между полярностями соприкасающихся фаз: чем больше это различие, тем больше удельная поверхностная энергия на границе фаз. Например, поверхностная энергия на границе раздела двух полярных фаз и на границе раздела двух неполярных фаз будет малой величиной, а на границе раздела полярной и неполярной фаз - большой.
Мерой полярности фазы могут служить такие ее свойства, как диэлектрическая постоянная, дипольный момент молекул, внутреннее давление и другие так называемые молекулярные свойства фазы.
Газы, и в частности воздух, имеют низкую диэлектрическую постоянную на границе, поэтому на границе раздела воздуха с разными жидкостями удельная поверхностная энергия будет более высокой для жидкости с большими диэлектрическими постоянными (табл. 6)
таблица 6
Зависимость удельной поверхностной энергии от диэлектрических постоянных соприкасающихся фаз.
| Соприкасающиеся фазы | Диэлектрическая постоянная фазы | Разность диэлектрических постоянных | Удельная поверхностная энергия между фазами | |
| Воздух | Жидкость | |||
| Воздух - вода | 1 | 80,4 | 79,4 | 72,8 |
| Воздух - нитробензол | 1 | 36 | 35 | 43,9 |
| Воздух - гексан | 1 | 1,8 | 0,8 | 18,5 |
Эта закономерность справедлива также для поверхностей раздела жидкость - твердое и газ -твердое. Например, удельная поверхностная энергия на границе раздела полярный минерал -вода будет малой величиной, так как обе фазы полярны и поэтому разницы в полярности фаз невелика.
Взаимная растворимость жидкостей также связана с различием в их полярности: если разница в полярности большая, то взаимная растворимость мала, и наоборот. Поэтому между взаимной расторимостью жидкостей и удельной поверхностной энергией должна существовать качественная зависимость: чем больше взаимная растворимость жидкостей, тем меньше удельная поверхностная энергия на границе раздела этих жидкостей и наборот (табл. 7)
таблица 7
Зависимость поверхностной энергии на границе двух жидкостей от их взаимной растворимости
| Соприкасающиеся жидкости | Растворимость в воде, % | Удельная поверхностная энергия на границе раздела |
| Вода - ненасыщенные углероды | 0 | 40-50 |
| Вода - бензол | 0,6 | 35 |
| Вода - анилин | 3,3 | 8 |
| Вода - изобутиловый спирт | 10 | 1,8 |
| Вода - метиловый спирт | - | 0 |
Всякая поверхность двух фаз стремится к самопроизвольному сокращению и внешне это проявляется так, как будто на поверхности раздела фаз существует упругая растянутая пленка, стремящаяся сократиться. Отсюда возникли понятия "поверхностное натяжение" и "сила поверхностного натяжения".
Численно удельная поверхностная энергия, выраженная в эрг/см2, всегда равна удельному поверхностному натяжению, выраженному в динах на один сантиметр. Водные растворы солей увеличивают поверхностное натяжение (табл. 8)
таблица 8
Поверхностное натяжение водных растворов KCl и NaCl при 18С, 10-3 Н/м.
| Концентрация соли в растворе, % | Поверхностное натяжение | |
| KCl | NaCl | |
| 1 | 72,4 | 72,7 |
| 5 | 73,6 | 73,95 |
| 10 | 74,75 | 75,51 |
| 20 | 77,25 | - |
Поверхностное натяжение водных растворов KCl – NaCl в присутствии флотореагентов уменьшается. Причем, чем выше концентрация флотореагентов, тем ниже поверхностное натяжение раствора.
Поверхностное натяжение на границе жидкость – газ зависит также от состава газа. Так, поверхностное натяжение расплавленного хлорида калия при 800 градусах Цельсия на границе с различными газами изменяется следующим образом:
| газ | D*10^-3 Н/м |
| CO2 | 96,9 |
| N2 | 95,5 |
| CO | 93,4 |
| O2 | 91,1 |
5.1.Обзор гипотез элементарного акта флотации
Для объяснения причин избирательного закрепления разных минералов на межфазовой поверхности было высказано несколько гипотез:
5.1.1.Гипотеза избирательной адсорбции кислорода воздуха
В начальный период развития пенного флотационного процесса флотировали только сульфидные минералы. Закрепление сульфидов на пузырьках воздуха объясняли сродством серы к кислороду. Предполагалось, что растворенный в воде кислород воздуха адсорбируется на поверхности сульфидов, образуя газовую пленку и частица оказывается закрепленной на пузырьке. Позднее эта гипотеза была опровергнута, так как оказалось, что сульфиды могут флотироваться инертными газами, а минералы, не содержащие серы, также могут закрепляться на пузырьках воздуха. Тем не менее кислород воздуха имеет очень важное значение для флотации сульфидов, но основная его роль заключается в окислении поверхностного слоя сульфидов.
5.1.2.Гипотеза электростатическая
В этом случае закрепление объясняли тем, что пузырек и флотирующая частица имеют электрические заряды разного знака. При экспериментальной проверке оказалось, что частицы графита и пустой породы имели заряды одного знака, однако флотировался только графит. Позднее несостоятельность этой гипотезы была доказана и теоретически. Заряд поверхности частиц играет важную роль при флотации, но не ту, которую приписывали ему сторонники этой гипотезы.
5.1.3.Гипотеза смачивания, или гипотеза краевого угла.
Способность минералов закрепляться на поверхности раздела газ – жидкость зависит от смачиваемости их жидкостью. Чем сильнее минералы смачиваются водой, тем хуже они флотируются, и наоборот. Так как смачиваемость характеризуется величиной краевого угла, то эту гипотезу называют также гипотезой краевого угла. Гипотеза смачивания включает в себя две трактовки элементарного акта флотации. Первая исходит из представления о силах поверхностного натяжения и рассматривает силы, действующие на частицу. Такую трактовку называют еще "силовой". Вторая трактовка основывается только на представлении о существовании поверхностных энергий на границах фаз. Возможность закрепления частицы при этом оценивается на основе второго закона термодинамики, т.е. как показано выше, по величине свободной энергии системы до и после закрепления частицы. Вторая трактовка является наиболее правильной (строгой) и называется термодинамической. Выводы и формулы обеих трактовок идентичны.